Intracranial pressure correlates with brain stiffness measured by noninvasive ultrasound-based transcranial time-harmonic elastography in children and young adults.

PURPOSE: Elevated intracranial pressure (ICP) accompanies many neurological disorders, and delayed diagnosis can cause irreversible brain damage. Current diagnostic testing is invasive. Ultrasound elastography allows non-invasive assessment of tissue stiffness, which is influenced by pressure. Transcranial time-harmonic elastography (THE), using externally induced low-frequency vibrations and standard ultrasound to generate quantitative stiffness maps, has proven sensitive to ICP changes in adults. This study evaluated the quantitative correlation between ICP and brain stiffness in children and adolescents using a novel point-of-care THE system with a portable vibration unit.

MATERIALS AND METHODS: Ten pediatric and one young adult patient (four females; mean age 11±5 years; range 6-24 years) with an implanted sensor reservoir (n=7) or external ventricular drainage (EVD; n=4) underwent transcranial THE with a portable vibration driver providing external multifrequency vibration. Quantitative shear-wave speed maps (m/s) of the temporal lobe were acquired. ICP was measured via sensor reservoir within two hours of THE or via EVD simultaneously. Three patients with sensor reservoirs were examined repeatedly at intervals of at least one month, yielding 16 ICP-THE pairs.

RESULTS: The median ICP was 8mmHg (range 2-13) and the median shear-wave speed was 1.54m/s (range 1.20-1.94). ICP correlated positively with brain stiffness measured by THE (r=0.72, p<0.05).

CONCLUSION: Cerebral stiffness quantified by transcranial THE closely reflects invasively measured ICP. Therefore, portable, point-of-care THE may provide a cost-effective, non-invasive tool to monitor cerebral stiffness and detect increased ICP.

Ein erhöhter intrakranieller Druck (ICP) tritt bei vielen neurologischen Erkrankungen auf. Eine verspätete Diagnose kann zu irreversiblen Hirnschäden führen. Die derzeitigen diagnostischen Verfahren sind invasiv. Die Ultraschall-Elastografie ermöglicht eine nicht-invasive Beurteilung der Gewebesteifigkeit, die durch Druck beeinflusst wird. Die transkranielle zeitharmonische Elastografie (THE), bei der extern induzierte Niederfrequenz-Schwingungen und Standard-Ultraschall zur Erstellung quantitativer Steifigkeitskarten verwendet werden, hat sich bei Erwachsenen als sensitive Methode zur Überwachung von ICP-Veränderungen erwiesen. In dieser Studie wurde die quantitative Korrelation zwischen ICP und Hirnsteifigkeit bei Kindern und Jugendlichen unter Verwendung eines neuartigen Point-of-Care-THE-Systems mit einer tragbaren Schwingungseinheit untersucht.Zehn pädiatrische und ein junger adulter Patient (4 weibliche Patienten; Durchschnittsalter 11 ±5 Jahre; Spanne 6–24 Jahre) mit einem implantierten Sensor-Reservoir (n=7) oder einer externen Ventrikeldrainage (EVD; n=4) unterzogen sich einer transkraniellen THE mit einem tragbaren Vibrationsgenerator, der externe Multifrequenz-Vibrationen lieferte. Es wurden quantitative Karten der Scherwellen-Geschwindigkeit (m/s) des Temporallappens erfasst. Der ICP wurde innerhalb von 2 Stunden nach der THE über das Sensor-Reservoir oder gleichzeitig über die EVD gemessen. Drei Patienten mit Sensor-Reservoir wurden in Abständen von mindestens einem Monat wiederholt untersucht, wodurch 16 ICP–THE-Paare erfasst wurden.Der mediane ICP betrug 8 mmHg (Bereich 2–13) und die mediane Scherwellen-Geschwindigkeit 1,54m/s (Bereich 1,20–1,94). Der ICP korrelierte positiv mit der mittels THE gemessenen Hirnsteifigkeit (r=0,72; p<0,05).Die mittels transkranieller THE quantifizierte Hirnsteifigkeit spiegelt den invasiv gemessenen ICP wider. Die tragbare Point-of-Care-THE könnte daher ein kosteneffizientes, nicht invasives Instrument zur Überwachung der Hirnsteifigkeit und zur Detektion eines erhöhten ICP darstellen.